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01/03/2004
Résumé
Quel est le facteur principal influant sur la montée du niveau des mers : fonte des glaces ou dilatation thermique ?
Question
« Selon vous parmi ces 2 facteurs, fonte des glaces et dilatation de l'eau due à l'élévation de température, quel est le plus impliqué dans la montée du niveau marin ? »
Réponse
Depuis un siècle, le niveau moyen des mers est monté d'une quinzaine de centimètres. Pendant la même période, la température moyenne de la Terre a augmenté de 0,6°C. Le coefficient de dilatation thermique de l'eau est de 2,6.10-4°C-1. La tranche d'eau des océan est divisée par la thermocline, qui sépare les eaux profondes, froides, des eaux superficielles en équilibre avec la température de l'atmosphère. Cette thermocline se situe en moyenne vers 1000 m de profondeur.
Si le premier kilomètre de la mer (105 cm) voit sa température monter de 0,6°C, cela entraîne une dilatation de : 105 x 2,6.10 -4 x 0,6 = 15,6 cm. On voit donc que l'ordre de grandeur de la dilatation thermique correspond à peu près à la dilatation observée, ce qui permet de dire que pour l'instant la fonte des glaciers n'a qu'un rôle négligeable (ou du moins largement minoritaire).
Remarque. Les glaciers qui ont fondu notablement depuis un siècle ne sont que les glaciers de montagnes. La fonte des 2 grandes calottes (Groenland et Antarctique) n'a pas encore commencé de façon significative.
La dilatation thermique de l'eau des océans serait responsable à un tiers de l'élévation de leur niveau selon le site du CNRS. On sait qu'en augmentant la température d'un liquide, les molécules qui le composent s'agitent, ce qui entraîne l'expansion de son volume. Afin d'illustrer le phénomène de dilatation thermique de l'eau, nous avons choisis de réaliser l'expérience suivante :
A) PROTOCOLE
Tout d'abord, nous avons rempli un ballon avec de l'eau du robinet, puis nous l’avons bouché hermétiquement. Ensuite, grâce à un petit trou percé dans le bouchon, nous avons introduit un thermomètre ainsi qu’une burette graduée à l'intérieur du ballon. Le thermomètre sert à mesurer la température de l'eau avec une précision de 1 degré. Comme le volume mesuré par le ballon reste imprécis (c'est une verrerie de stockage et non de mesure), il a été nécessaire d'y introduire une burette graduée, beaucoup plus précise, pour affiner considérablement nos mesures de volume, dont la précision était à 0.1 mL près. Nous avons par la suite ajusté le volume d'eau dans la burette pour qu'il corresponde à une graduation connue. À l'aide d'un support élévateur, nous avons introduit le tout dans un chauffe ballon afin de le faire chauffer dans le but de voir l’influence de la température de l’eau sur le volume qu'elle occupe.
B) OBSERVATIONS
Grâce à la sensibilité de la burette graduée aux infimes variations de volume, les effets de la dilatation thermique de l'eau qu'elle contenait furent très perceptibles. En effet, le niveau de l'eau montait à l’œil nu dans la burette, comme le montre la vidéo ci-contre, dans laquelle il est important de noté que la vitesse de l'image n'est pas accélérée. Par ailleurs, au cours de l'expérience, nous avons relevé périodiquement la différence de volume entre le volume initial et celui que l'eau occupe à une température donnée, en conciliant nos observations dans un tableau. Puis, à l'aide d'un tableur, nous avons tracé le graphique représentant le volume ajouté d'eau par rapport au volume initial en fonction de la température de l'eau. Nous avons ensuite chercher une relation littérale reliant ces deux grandeurs à l'aide d'une courbe de tendance. Cependant, le modèle semble ne pas être exploitable, c'est pourquoi nous avons réessayé maintes fois en modifiant les grandeurs représentées sur les axes, mais sans succès. Néanmoins, ce graphique nous montre tout de même que le volume de l'eau augmente avec la température, ce qui correspond à nos attentes initiales.
Graphique représentatif de la différence de volume d'eau en fonction de la température